Seiring dengan pendinginan oleh laser, nanocrystals memancarkan “cahaya” hijau -kemerahan yang dapat dilihat dengan mata telanjang. (Foto: DENNIS WISE / UNIVERSITY OF WASHINGTON

Untuk pertama kalinya ilmuwan telah menemukan cara untuk menggunakan laser inframerah guna mendinginkan air pada suhu sekitar 2 derajat Celcius.

“Biasanya, ketika Anda pergi ke bioskop dan menyaksikan pedang laser dari Star Wars, mereka tampaknya mampu membakar segalanya. Namun ini adalah contoh pertama dari sinar laser yang akan mendinginkan cairan seperti air dalam kondisi sehari-hari,” papar Peter Pauzauskie, asisten profesor ilmu dan teknik material di Universitas Washington, AS. “Ini benar-benar menjadi sebuah pertanyaan terbuka apakah ini bisa dilakukan karena biasanya air justru menjadi hangat ketika diterangi.”

Untuk mencapai terobosan ini, tim peneliti menggunakan bahan yang umum ditemukan di laser yang dijual secara komersial tetapi pada dasarnya menggunakannya secara berbalikan. Mereka menerangi kristal mikroskopis tunggal yang tersuspensi dalam air dengan sinar laser inframerah untuk membangkitkan semacam cahaya unik yang memiliki sedikit lebih banyak energi daripada jumlah cahaya yang diserap.

Energi yang lebih besar dari cahaya ini menghantarkan panas dari kedua kristal dan air di sekitarnya.

Proses pendinginan oleh laser yang pertama kali ditunjukkan dalam kondisi vakum di Los Alamos National Laboratory pada tahun 1995, dan membutuhkan hampir 20 tahun untuk menunjukkan proses ini terhadap cairan.

Merancang dan membuat sebuah perangkap laser

Biasanya, menumbuhkan kristal laser merupakan proses yang mahal yang memerlukan banyak waktu dan dapat menelan biaya ribuan dollar AS untuk memproduksi hanya satu gram bahan. Para peneliti menunjukkan bahwa proses hidrotermal murah dapat digunakan untuk memproduksi kristal laser yang terkenal untuk aplikasi laser pendinginan dengan cara yang lebih cepat, murah, dan dapat diukur.

Mereka juga merancang sebuah alat yang digunakan sebagai perangkap laser, untuk “menahan” sebuah nanokristal tunggal yang dikelilingi oleh cairan dalam sebuah ruangan dan meneranginya dengan laser. Untuk menentukan apakah cairan tersebut benar-benar telah mengalami pendinginan, instrumen tersebut juga memproyeksikan partikel “bayangan” dengan cara yang memungkinkan para peneliti untuk mengamati setiap perubahan dalam gerakannya.

Seiring dengan cairan sekitarnya yang mendingin, partikel yang terperangkap akan melambat, sehingga memungkinkan tim peneliti untuk mengamati efek pendinginan secara jelas. Mereka juga merancang kristal untuk mengubah warna dari hijau-kebiruan menjadi hijau-kemerahan saat mendingin, layaknya thermometer built in.

“Tantangan nyata dari proyek ini menciptakan instrumen dan merancang metode yang mampu menentukan suhu nanokristal ini menggunakan tanda dari cahaya yang sama yang digunakan untuk memerangkap mereka,” kata Paden Roder, yang baru saja menerima gelar doktor dari Universitas Washington dan kini bekerja di Intel Corp Roder yang juga menjadi penulis utama makalah PNAS, dalam menggambarkan proses tersebut.

Sejauh ini, mereka hanya menunjukkan efek pendinginan dengan nanokristal tunggal, seiring dengan penggunaan beberapa kristal akan membutuhkan daya laser yang lebih besar. Proses laser pendingin saat ini telah banyak memakan energi secara intensif, menurut Pauzauskie, dan langkah-langkah ke depan termasuk mencari cara untuk meningkatkan efisiensi.

Cara sempurna untuk dinginkan chips komputer?

“Hanya sedikit orang yang berpikir tentang bagaimana mereka bisa menggunakan teknologi ini guna memecahkan masalah karena menggunakan laser untuk mendinginkan cairan belum mungkin dilakukan sebelumnya,” kata Roder. “Kami tertarik pada ide-ide ilmuwan atau bisnis lain yang memungkinkan tentang bagaimana hal ini berdampak pada penelitian dasar mereka.”

Penemuan ini bisa membantu pengguna industri di ranah benda-benda kecil dengan titik fokus cahaya. Mikroprosesor, misalnya, suatu hari nanti mungkin dapat menggunakan sinar laser untuk mendinginkan komponen tertentu dalam chip komputer guna mencegah overheating (panas berlebih) dan memungkinkan pengolahan informasi yang lebih efisien.

Para ilmuwan juga bisa menggunakan sinar laser untuk mendinginkan secara tepat sebagian dari sel saat membagi atau melakukan perbaikan sel itu sendiri, yang pada dasarnya akan memperlambat proses yang cepat dan memberikan kesempatan bagi para peneliti untuk mengamati bagaimana mereka bekerja.

Atau mereka bisa mendinginkan neuron tunggal dalam sebuah jaringan untuk melihat bagaimana tetangganya memotong dan memasang sambungan sendiri.

“Ada banyak kepentingan dalam bagaimana sel membelah dan bagaimana fungsi molekul dan enzim, dan itu tidak pernah mungkin terjadi sebelum mendinginkan mereka terlebih dahulu untuk mempelajari sifat-sifat mereka,” kata Pauzauskie, yang juga seorang ilmuwan di US Department of Energy Pacific Northwest National Laboratory di Richland, Washington, AS. “Menggunakan laser pendingin, dimungkinkan untuk mempersiapkan ‘film gerak lambat’ dari kehidupan. Dan keuntungannya adalah bahwa Anda tidak perlu mendinginkan seluruh sel, yang bisa membunuh atau mengubah perilakunya.” (Osc/Yant)

Share

Video Popular